DE19828818A1 - Device and method for measuring exhaust gas components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Abgaskomponenten. Über eine beheizte Meßgaszuleitung wird zumindest einem Analysator Abgas zugeführt. Durch die besondere Anordnung des Leitungssystems sowie des Haupt- und Probenfördermittels, ist es auf besonders einfache Art und Weise möglich, Meßwerte zu ermitteln, die eine große Reproduzierbarkeit gewährleisten, wobei eine Kondensation von Komponenten im Abgas ausgeschlossen wird.The invention relates to a device and a method for measuring exhaust gas components. Exhaust gas is supplied to at least one analyzer via a heated sample gas supply line. Due to the special arrangement of the pipe system as well as the main and sample conveying means, it is possible in a particularly simple way to determine measured values which ensure great reproducibility, whereby condensation of components in the exhaust gas is excluded.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Abgaskomponenten gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 13.The invention relates to a device and a method for measuring Exhaust components according to the preambles of claims 1 and 13.
Vorrichtungen und Verfahren zur Messung von Abgaskomponenten von Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Dabei wird Rohabgas oder verdünntes Abgas, das nachfolgend als Meßgas bezeichnet wird, einem oder mehreren Analysatoren zugeführt, um die Konzentration von Abgaskomponenten, wie zum Beispiel CO, CO2, NO oder Kohlenwasserstoffen zu messen. Um die Analysatoren in regelmäßigen Abständen zu kalibrieren, werden sogenannte Prüf-/Nullgase eingesetzt. Die Prüf-/Nullgase oder das Meßgas werden dabei durch ein Hauptfördermittel in einem Hauptgasstrom gefördert. Über eine Verzweigestelle wird dann ein Probengasstrom, der also entweder durch das Meßgas oder durch das Prüf-/Nullgas gebildet wird, vom Hauptgasstrom durch ein Probenfördermittel zum Analysator abgezweigt. Die Umstellung von Meßgas auf Prüf-/Nullgas erfolgt durch ein Umschaltventil.Devices and methods for measuring exhaust gas components from Internal combustion engines are well known. Raw exhaust gas or diluted exhaust gas, which is hereinafter referred to as measurement gas, one or fed to several analyzers to determine the concentration of Exhaust components such as CO, CO2, NO or hydrocarbons to eat. In order to calibrate the analyzers at regular intervals, So-called test / zero gases are used. The test / zero gases or that Sample gas is produced by a main conveyor in a main gas stream promoted. A sample gas stream is then via a branch point, ie is formed either by the sample gas or by the test / zero gas from Main gas stream branched off to the analyzer through a sample conveyor. The Changeover from sample gas to test / zero gas is carried out by a changeover valve.
Bei der Messung von Brennkraftmaschinenabgasen ergibt sich nun das Problem, daß insbesondere alle Aggregate der Vorrichtung zur Messung von Abgaskomponenten weitestgehend gegenüber Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Temperaturschwankungen, Schwingungen, etc. abgeschirmt sein sollten, um eine möglichst genaue und reproduzierbare Messung zu gewährleisten. Desweiteren muß die Kondensation von Komponenten, insbesondere Wasser, im Meßgas vermieden werden, da ansonsten das Meßergebnis verfälscht wird. Um die Bildung von Kondensat auszuschließen, muß das Meßgas dementsprechend hoch erhitzt werden. Mit der erhöhten Temperatur des Meßgases steigen jedoch der konstruktive Aufwand und damit die Kosten für das Leitungssystem und die zugehörigen Aggregate, insbesondere das Umschaltventil.When measuring internal combustion engine exhaust gases, the problem now arises that in particular all units of the device for measuring Exhaust components largely to environmental influences, such as Example temperature fluctuations, vibrations, etc. to be shielded in order to get the most accurate and reproducible measurement possible guarantee. Furthermore, the condensation of components in particular water, in the sample gas can be avoided, otherwise the Measurement result is falsified. To prevent condensation from forming, The sample gas must be heated accordingly. With the increased However, the temperature of the sample gas increases the design effort and thus the costs for the piping system and the associated units, especially the changeover valve.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Abgaskomponenten zu schaffen, die die Messung von heißem bzw. beheiztem Meßgas, ohne die oben genannten Nachteile ermöglicht.The invention is therefore based on the object, a device and a Methods of measuring exhaust components to create the measurement of hot or heated sample gas without the disadvantages mentioned above enables.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of claims 1 and 13 solved.
Durch den beheizten Meßgasleitungsabschnitt im Leitungssystem wird eine Kondensation von beispielsweise Wasser im Meßgas verhindert. Das Prüf- /Nullgas enthält keine kondensierenden Komponenten und braucht deshalb nicht in dem Maße wie das Meßgas beheizt zu werden. Dadurch, daß das Prüf- /Nullgas zwischen der Verzweigestelle zur Bypasspumpe und dem Analysator zugeführt wird, kann das Umschaltventil entfallen, da bei Zuführung des Prüf- /Nullgases das gesamte Meßgas über das Hauptfördermittel geleitet wird.A through the heated sample gas line section in the line system Condensation of, for example, water in the sample gas is prevented. The test / Zero gas contains no condensing components and therefore does not need to be heated to the extent of the sample gas. Because the test / Zero gas between the branch point to the bypass pump and the analyzer the changeover valve can be omitted, since when the test / Zero gas, the entire sample gas is passed through the main conveyor.
Vorzugsweise weist die beheizte Meßgaszuleitung ein Filterelement auf, das im Meßgas enthaltene Festpartikel ausfiltert.Preferably, the heated sample gas supply line has a filter element which in the Filtered out solid particles contained measuring gas.
In einer besonderen Ausführungsform hat sich als Hauptfördermittel eine Bypasspumpe und als Probenfördermittel eine Vakuumpumpe als vorteilhaft erwiesen. Durch Durchflußbegrenzer im Meßgas-, Prüf-/Nullgas sowie Probengasleitungsabschnitt werden auf einfache Weise die Strömungs geschwindigkeiten und die Drücke im Leitungssystem geregelt. Vorteilhafterweise sind die Durchflußbegrenzer als Düse oder Kapillare ausgeführt.In a special embodiment, one has been the main funding Bypass pump and a vacuum pump as a sample conveyor as advantageous proven. Through flow limiters in the sample gas, test / zero gas and Sample gas line section are the flow in a simple manner speeds and the pressures in the pipe system are regulated. The flow restrictors are advantageously in the form of a nozzle or capillary executed.
Um Druckschwankungen durch gezieltes Zuführen von Umgebungsluft auszu gleichen, weist das Leitungssystem einen Druckregler auf, der stromaufwärts von der Bypasspumpe angeordnet sein kann. Um insbesondere den Druck im Probenleitungsabschnitt konstant zu halten, wird der Druckregler durch einen Drucksensor gesteuert, der vor dem Analysator angeordnet ist.To compensate for pressure fluctuations through the targeted supply of ambient air same, the line system has a pressure regulator that is upstream can be arranged by the bypass pump. To in particular the pressure in the To keep the sample line section constant, the pressure regulator is controlled by a Controlled pressure sensor, which is arranged in front of the analyzer.
Um sogenannte "tote Äste" im Prüf-/Nullgasleitungsabschnitt und im Drucksensorleitungsabschnitt zu vermeiden, können diese Leitungsabschnitte direkt über Durchflußbegrenzer mit der Vakuumpumpe verbunden werden.For so-called "dead branches" in the test / zero gas line section and in To avoid pressure sensor line section, these line sections directly connected to the vacuum pump via flow limiters.
Zur Messung von Stickoxid weist der Analysator vorteilhafterweise eine Reak tionskammer auf, die über einen Durchflußbegrenzer in einem Reak tionsgasleitungsabschnitt mit einer Reaktionsgaszuleitung verbunden ist.The analyzer advantageously has a reac for measuring nitrogen oxide tion chamber, which has a flow restrictor in a reac tion gas line section is connected to a reaction gas supply line.
Um die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse noch weiter zu erhöhen, den Ein fluß von Umgebungsparametern zu verringern und gleichzeitig schnelle An sprechzeiten des Analysators zu erzeugen, ist es vorteilhaft, bei dem oben ge nannten Leitungssystem Leitungssystemkomponenten, wie zum Beispiel Lei tungsabschnitte, Verzweigestellen, Durchflußbegrenzer, Sensoren, etc. in/an einem massiven, blockförmigen, wärmeleitfähigen Element anzuordnen, das ein Heizelement und einen Temperatursensor aufweist, und das an zumindest einer Außenseite Kopplungselemente für den/die Analysator(en), die jeweiligen Zulei tungen und Fördermittel aufweist. Temperaturschwankungen sowie Schwingun gen können auf diese Weise keinen Einfluß mehr auf das Leitungssystem nehmen. Auch ist es möglich, die Temperatur des Leitungssystems auf eine einfache Weise zu steuern, was die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse er höht. Weiterhin werden der Montageaufwand und damit auch die Kosten für das Leitungssystem verringert. Aufgrund der kurzen Leitungsabschnitte kann der Bauraum des Leitungssystems verringert werden und gleichzeitig schnelle An sprechzeiten des Analysators realisiert werden. Zur Messung von Stickoxyden kann die Reaktionskammer in dem massiven, blockförmigen, wärmeleitfähigen Element angeordnet sein, wobei der Analysator beispielsweise durch eine Flanschverbindung direkt mit der Reaktionskammer verbunden werden kann. In order to further increase the reproducibility of the measurement results, the Ein Reduce the flow of environmental parameters and at the same time fast on To generate response times of the analyzer, it is advantageous in the above ge called line system line system components, such as Lei tion sections, branch points, flow restrictors, sensors, etc. in / on to arrange a solid, block-shaped, thermally conductive element, the one Has heating element and a temperature sensor, and that at least one Coupling elements for the analyzer (s), the respective accessories ment and funding. Temperature fluctuations and vibration In this way, conditions can no longer influence the pipe system to take. It is also possible to set the temperature of the pipe system to one simple way to control what the reproducibility of the measurement results he increases. Furthermore, the assembly effort and thus the costs for the Pipe system reduced. Due to the short line sections, the Installation space of the piping system can be reduced and at the same time fast response times of the analyzer can be realized. For measuring nitrogen oxides can the reaction chamber in the massive, block-shaped, thermally conductive Be arranged element, the analyzer, for example, by a Flange connection can be connected directly to the reaction chamber.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing example explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Fließplan zur Messung von Meßgaskomponenten, und Fig. 1 is a flow chart for measuring sample gas components, and
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Leitungssystems in Form eines blockförmigen Elements, Fig. 2 is a perspective view of the pipe system in the form of a block-shaped member,
Fig. 3 eine Einzelansicht aus Fig. 2. Fig. 3 shows a detail view from FIG. 2.
Über eine beheizte Meßgaszuleitung 1 wird Meßgas zur Messung der Meßgas komponenten einem Leitungssystem 4 zugeführt. Das Meßgas durchläuft dabei außerdem ein Filterelement 9 zur Ausfilterung von Partikeln. Gefördert wird das Abgas durch eine Bypasspumpe 6. Desweiteren weist der Meßgas leitungsabschnitt einen Durchflußbegrenzer 12 auf. An der Verzweigestelle 5 wird ein Teil des Meßgasstromes durch eine Vakuumpumpe 7 als Probengas einem Analysator 3 zugeführt. Kurz vor dem Analysator ist in einem Proben gasleitungsabschnitt 11 ein weiterer Durchflußbegrenzer 14 angeordnet.Via a heated sample gas supply line 1 , sample gas for measuring the sample gas components is supplied to a line system 4 . The measuring gas also passes through a filter element 9 for filtering out particles. The exhaust gas is conveyed by a bypass pump 6 . Furthermore, the sample gas line section has a flow limiter 12 . At the branch point 5 , part of the sample gas flow is fed to an analyzer 3 as a sample gas by a vacuum pump 7 . Shortly before the analyzer, a further flow limiter 14 is arranged in a sample gas line section 11 .
Um den Druck im Probengasleitungsabschnitt 11 konstant zu halten, wird der Druck des Probengasstromes über eine Verzweigestelle 20 und einen Drucksen sorleitungsabschnitt 17 einem Drucksensor 16 zugeführt. Dieser Drucksensor 16 ist über einen elektronischen Regelkreis mit einem Druckregler 15 verbunden, der den Druck im Hauptgasstrom regelt.In order to keep the pressure in the sample gas line section 11 constant, the pressure of the sample gas stream is supplied via a branch point 20 and a pressure sensor line section 17 to a pressure sensor 16 . This pressure sensor 16 is connected via an electronic control circuit to a pressure regulator 15 , which regulates the pressure in the main gas flow.
Zur Kalibrierung des Analysators 3 muß dem Analysator 3 in bestimmten Ab ständen ein Prüfgas bzw. Nullgas zugeführt werden. Dies geschieht über die Prüf-/Nullgaszuleitung 2 und den Prüf-/Nullgasleitungsabschnitt 10. Auch dieser Leitungsabschnitt weist einen Durchflußbegrenzer 13 auf. Das durch die Meßgaszuleitung 1 strömende Meßgas gelangt, die richtige Auslegung der Durchflußbegrenzer vorausgesetzt, nun nicht mehr zum Analysator 3. Auf diese Weise kann das bei den bekannten Analysevorrichtungen angeordnete Umschaltventil entfallen.For calibration of the analyzer 3 to the analyzer, a test gas or zero gas must be supplied to 3 in particular Ab stands. This is done via the test / zero gas supply line 2 and the test / zero gas line section 10 . This line section also has a flow limiter 13 . The sample gas flowing through the sample gas supply line 1 does not reach the analyzer 3, provided the flow limiter is correctly designed. In this way, the changeover valve arranged in the known analysis devices can be dispensed with.
Unter Umständen kann sich das Problem stellen, daß der Drucksensorlei tungsabschnitt 17 und der Prüf-/Nullgasleitungsabschnitt 10 keine Gasströme aufweisen, also wie "tote Äste" wirken. Die Ansprechzeiten des Analysators 3 können sich hierdurch erheblich verlängern. Um dies zu verhindern, werden die genannten Leitungsabschnitte über Durchflußbegrenzer 18 bzw. 19 direkt mit der Vakuumpumpe verbunden. Das hat zur Folge, daß diese Leitungsabschnitte gespült, d. h. kontinuierlich mit einer Gasströmung versehen werden.Under certain circumstances, the problem may arise that the pressure sensor line section 17 and the test / zero gas line section 10 have no gas flows, that is to say act like “dead branches”. The response times of the analyzer 3 can thereby be extended considerably. To prevent this, the line sections mentioned are connected directly to the vacuum pump via flow restrictors 18 and 19 . The result of this is that these line sections are flushed, that is to say continuously provided with a gas flow.
Zur Messung von Stickoxyden ist desweiteren eine Reaktionskammer 29 an den Analysator 3 angeschlossen. Diese Reaktionskammer 29 ist über einen Durch flußbegrenzer 22, der in dem Reaktionsgasleitungsabschnitt 21 angeordnet ist, mit einer Reaktionsgaszuleitung 23, beispielsweise einem Ozonator, verbunden.A reaction chamber 29 is also connected to the analyzer 3 for measuring nitrogen oxides. This reaction chamber 29 is connected via a flow limiter 22 , which is arranged in the reaction gas line section 21 , to a reaction gas supply line 23 , for example an ozonator.
Fig. 2 zeigt nun das Leitungssystem 4 in Form eines blockförmigen Elements 32. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das blockförmige Element 32 ein massiver beheizter und isolierter Metallblock. Die Darstellung beschränkt sich zwecks Deutlichkeit auf die vorgesehenen Kopplungselemente und Aussparungen. Die verschiedenen Komponenten des Leitungssystems sind gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Fließschema über Leitungen miteinander verbunden. Die Leitungswege lassen sich dabei auf einfache Weise z. B, durch Bohren oder andere Fertigungsverfahren herstellen. Fig. 2 is now in the form shows the conduit system 4 of a block-shaped member 32. In the present exemplary embodiment, the block-shaped element 32 is a solid, heated and insulated metal block. For the sake of clarity, the representation is limited to the coupling elements and cutouts provided. The various components of the line system are connected to one another via lines in accordance with the flow diagram shown in FIG. 1. The routes can be easily z. B, manufacture by drilling or other manufacturing processes.
Das blockförmige Element 32 weist Aussparungen auf, in die ein Heizelement 24, ein Temperatursensor 25 sowie beispielsweise die Kapillaren 14 und 22 einzusetzen sind, die in Fig. 3 als eingegossene Kappilare dargestellt ist. Desweiteren zeigt Fig. 2 die in dem Leitungssystem 4 angeordnete Reaktionskammer 29, an die der Analysator 3 anzuschließen ist. Über ein Meßgaskopplungselement 26, Prüf-/Nullgaskopplungselement 27, ein Reaktionsgaskopplungselement 28 sowie ein Drucksensorkopplungselement 33 sind die jeweiligen Zuleitungen anzuschließen. Die Bypasspumpe 6 und die Vakuumpumpe 7 sind über Kopplungselemente 30 bzw. 31 mit dem Leitungssystem 4 zu verbinden.The block-shaped element 32 has cutouts into which a heating element 24 , a temperature sensor 25 and, for example, the capillaries 14 and 22 are to be inserted, which is shown in FIG. 3 as a cast-in capillary. Furthermore, FIG. 2 shows the reaction chamber 29 arranged in the line system 4 , to which the analyzer 3 is to be connected. The respective supply lines are to be connected via a measuring gas coupling element 26 , test / zero gas coupling element 27 , a reaction gas coupling element 28 and a pressure sensor coupling element 33 . The bypass pump 6 and the vacuum pump 7 are to be connected to the line system 4 via coupling elements 30 and 31, respectively.
Die Kapillaren 14, 22 können dabei beispielsweise in Spiralform eingegossen werden und dann als zylinderförmiges Element in die Aussparungen des blockförmigen Elements eingesetzt werden.The capillaries 14 , 22 can, for example, be cast in a spiral shape and then inserted as a cylindrical element in the recesses of the block-shaped element.
Es wird darauf hingewiesen, daß das gezeigte Beispiel lediglich eine besondere Ausführungsform der Erfindung darstellt. Es ist zum Beispiel durchaus denkbar, daß mehrere Analysatoren auf die genannte Art und Weise im Leitungssystem 4 angeordnet werden. Auch hinsichtlich der Anordnung der Durchflußbegrenzer und des Druckreglers sind Varianten denkbar. Auch kann das blockförmige Element 32 bei konventionellen Vorrichtungen zur Messung von Abgaskomponenten, also Vorrichtungen, die ein Umschaltventil aufweisen, eingesetzt werden.It is pointed out that the example shown represents only a special embodiment of the invention. For example, it is quite conceivable for a plurality of analyzers to be arranged in the line system 4 in the manner mentioned. Variants are also conceivable with regard to the arrangement of the flow restrictors and the pressure regulator. The block-shaped element 32 can also be used in conventional devices for measuring exhaust gas components, that is to say devices which have a changeover valve.
Claims (15)
- - einer Meßgaszuleitung (1),
- - einer Prüf-/Nullgaszuleitung (2),
- - zumindest einem Analysator (3),
- - einem Leitungssystem (4) zur Zuführung eines Probengasstromes über eine Verzweigestelle (5) vom Hauptgasstrom zum Analysator (3), und
- - ein Hauptfördermittel (6) und zumindest ein Probenfördermittel (7),
dadurch gekennzeichnet, daß - - die Meßgaszuleitung (1) beheizt ist, und
- - das Prüf-/Nullgas einem Leitungsabschnitt zwischen der Verzweigestelle (5) und dem Analysator (3) zuführbar ist.
- - a sample gas feed line ( 1 ),
- - a test / zero gas supply line ( 2 ),
- - at least one analyzer ( 3 ),
- - A line system ( 4 ) for supplying a sample gas stream via a branch point ( 5 ) from the main gas stream to the analyzer ( 3 ), and
- - a main conveyor ( 6 ) and at least one sample conveyor ( 7 ),
characterized in that - - The sample gas supply line ( 1 ) is heated, and
- - The test / zero gas can be fed to a line section between the branch point ( 5 ) and the analyzer ( 3 ).
- - das Meßgas in der Meßgaszuleitung (1) erhitzt wird, und
- - zu Kalibrierzwecken dem Analysator (3) Prüf-/Nullgas über einen Leitungsabschnitt zugeführt wird, der zwischen der Verzweigestelle (5) und dem Analysator (3) angeordnet ist.
- - The sample gas in the sample gas feed line ( 1 ) is heated, and
- - For calibration purposes the analyzer ( 3 ) test / zero gas is supplied via a line section which is arranged between the branch point ( 5 ) and the analyzer ( 3 ).
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0967481A2 (en) | 1999-12-29 |
| EP0967481A3 (en) | 2001-11-21 |
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